Дефекты строения реальных кристаллов

Существующие в природе кристаллы, которые получили название реальных, не обладают совершенной атомно-кристаллической структу­рой. Их решетки имеют различного рода дефекты, т. е. отклонения от правильного периодического расположения атомов.

Дефекты кристаллического строения с учетом их пространственно­го измерения подразделяют на точечные (нульмерные), линейные (од­номерные), поверхностные (двухмерные) и объемные (трехмерные).

Точечными дефектами называются такие нарушения периодично­сти кристаллической решетки, размеры которых по всем трем про­странственным координатам соизмеримы с размером атома. К точеч­ным дефектам относятся (рис. 1.2, а):

o междоузельные или дислоцированные атомы, вышедшие из положения равновесия и перемещенные в позицию между узлами решетки;

o вакансии или пустые узлы кристаллической решетки;

o примесные атомы.

Рис. 1.2. Дефекты кристаллического строения:

а - точечные (1 - дислоцированный атом; 2 - вакансия; 3 - примесный атом внедрения); б - линейные (τ- вектор сдвига); в- поверхностные (α -угол разориентировки субзерен)

Линейные дефекты, или дислокации, - это линии, вдоль и вблизи которых нарушено правильное периодическое расположение атом­ных плоскостей кристалла. Так называемые краевые (линейные) дисло­кации возникают вследствие появления в кристалле неполной атомной плоскости, которая называется экстраплоскостью (плоскость ABED на рис. 1.2, б). Линия AD, т.е. край экстраплоскости, и будет краевой дислокацией. Длина дислокаций может достигать размера всего кри­сталла, в поперечном же сечении размеры дефекта невелики и не пре­вышают нескольких межатомных расстояний.

Образование дислокаций происходит обычно в процессе первич­ной кристаллизации. Однако при пластической деформации, терми­ческой обработке и других процессах плотность дислокаций может существенно изменяться, оказывая очень сильное влияние на меха­нические свойства, металлов и сплавов. Наиболее простой и нагляд­ный способ образования дислокаций в кристалле - сдвиг (рис. 1.2, б). Если верхнюю часть кристалла сдвинуть относительно нижней на одно межатомное расстояние и зафиксировать положение, когда сдвиг охватил не всю плоскость скольжения, а только ее часть ADCF, то граница AD между участком, где скольжение уже произошло, и уча­стком в плоскости скольжения, в котором скольжение еще не про­изошло, и будет линейной дислокацией.

Поверхностные дефекты (рис. 1.2, в) представляют собой поверх­ности раздела (границы) между отдельными зернами и субзернами в поликристаллическом металле. Зерна разориентированы, поверну­ты относительно друг друга на несколько градусов. По границам зерен скапливаются дислокации и вакансии, что еще больше нарушает пра­вильный порядок расположения атомов. К поверхностным дефектам относятся двойники (симметрично переориентированные области кри­сталлической решетки) и дефекты упаковки (локальные изменения расположения плотно упакованных плоскостей в кристалле).

Объемные дефекты представляют собой поры, макротрещины и другие подобные несплошности металла.